火力发电厂四大管道材料的选择及配管
随着我国经济建设水平的不断提高和社会主义市场经济体制的不断完善，在电力市场中也进行了市场化改革，电厂的利润空间因为市场竞争机制的引入而被压缩，如何在市场竞争环境下提高电厂的效益，成为电厂行业面临的最重要的一个问题，四大管道作为电厂的重要高温高压管道，其材料的选择以及安装的质量直接影响到火电厂发电机组的运行效率，而且还关系到火电厂的生产安全，本文从管道材料的本质出发，结合火电厂运行过程中的实际，对火力发电厂四大管道材料的选择及配管进行研究和探讨。
前言
火力发电厂四大管道包括：主蒸汽管道、高温再热蒸汽管道、低温再热蒸汽管道及高压给水管道。这四大管系统和火力发电机共同组成了火力发电厂的火力发电系统，可以说是除了火力发电机外火力发电厂最重要的设备。本文将对火力发电厂的管道系统建设进行系统阐述。
1.四大管道的材料选择
在火力发电企业，随着市场化竞争机制的引入和低碳经济的普及推广，对管道材料的机械性能和耐高温性能都提出了更高的要求，而且在火力发电厂的建设过程中，火力发电机所占的资源并不多，反而是与之相配套的四大管道系统的建设在火力发电厂的建设投资中占有相当大的比重，管道的标准化建设不仅可以提高管材的利用率和可靠性，而且可以最大限度的提高工程施工进度，并降低施工建设成本。
目前在火力发电领域常用的管道材料主要有两种，一种是珠光体耐热钢，另一种是高强度马氏体耐热钢。珠光体耐热钢是一种钢含量比较高的耐热钢材，主要依靠钢材自身的耐热性质保证管道质量，高强度马氏体耐热钢则是一种合金钢，是专门为火力发电厂的管道系统设计的管道钢材，在这种合金钢中含有大量的Cr元素，钢材的抗氧化能力极强，能够适应的工作温度也较珠光体耐热钢高，而且高强度马氏体耐热钢，在高温状态下的结构强度远胜于珠光体耐热钢。
1.1主蒸汽管道
主蒸汽管道是连接蒸汽轮机和火力发电机的主管道，是将能源燃烧产生的热能转化为电能的连接通道，所以在主蒸汽管道中的蒸汽压力和蒸汽的温度都极高，对主蒸汽管道的结构强度、耐高温能力，以及在高温状态下的结构强度变化都有严格的要求。在改革开放初期，我国的钢产量极大，但是火电领域用的特种钢材生产厂家却极少，而且特种钢材的质量也一直不如人意，早期的300MW亚临界机组工程主蒸汽管道多采用A335P22管材，在低温状态下这一钢材的表现较为稳定，但是随着温度的升高的钢材的结构强度就开始出现下降，A335P22钢材的这一特性就导致了在同等压力和温度条件下，要想保证管道的正常运行就需要增加管道壁的厚度，以300MW亚临界机组为例，如果主管道内径为368mm采用A335P22时，为了适应机组在最高产能下的高温和高压，管道壁的厚度不能小于66mm；
而同等的温度和压力下采用最新型的A335P91的话，管道壁的厚度约为36mm。管道壁的薄厚比为1：0.46，管道的总重比为2：1.当前市场条件下两种管材的价格比为0.8：1，如果一个火力发电厂的建设需要100t管道钢材，使用新型钢材就可以减重35t，管材购置费用减少120万元。在火力发电厂的建设过程中，使用新型管材不仅节约了管道施工成本，随着管道重量的减轻，相应的建筑结构的承重标准也能够下调，节约建筑施工成本，而且管道重量的减轻对相应的配套设施的应力作用降低，提高了整个机组运行的稳定性[1]。
1.2再热蒸汽管道
相对于主蒸汽管道来说，高温再热蒸汽管道承受的压力并不大，所以在管道建设过程中一般都采用大直径薄管壁的形式，既保证了高温蒸汽的通过性，又保证了工程建设的经济性，但是就管道的管材选择而言，因为管道内温度和压力比较低，如果运用新型的A335P91型管材的话，想达到合理利用的程度，管道壁就需要做的很薄，这就给生产厂家的加工工艺提出过高的要求，而且在管道运行过程中也不利于管道的维护，所以在高温再热蒸汽管道这样的条件下，建议使用A335P22管材，因为用这样的管材管壁厚度可以适当加厚，对管道的安全性有好处[2]。
1.3低温再热蒸汽管道
从实质上来说低温再热蒸汽管道，已经处于整个火力发电系统中的第二回路了，高温蒸汽在推动汽轮机转动一次后进入低温再热蒸汽管道时，蒸汽的温度和压力都已经下降到一个安全的程度，实际上已经不需要考虑蒸汽温度和蒸汽压力对管材的影响，只需要考虑管材本身的安全性和抗氧化性就可以了，所以在这一管道上建议使用20号无缝钢管[3]。
1.4高压给水管道
高压给谁管道是涡轮发电机的主要水入口，因为涡轮发电机的锅炉部分本身蒸汽压力极大，给水管道中的水压力要更大才能将水送入锅炉中，所以给水管道要考虑的问题并不涉及到高温问题，只涉及到极大的水压问题，所以在高压给水管道的管材选择上建议使用15NiCu-MoNb5-6-4材料，这一材料就是高压给水管的主要材料，材料特性就是抗压性极高，十分适合高压给水管的工作状态。
15NiCu-MoNb5-6-4材料不光在抗压性能上表现出色，而且在经济性上也有较大优势，与传统高压给水管道的材料20G相比，管材20G与15NiCu-MoNb5-6-4在价格比上约为1：2.6，但是在材料的承压能力上15NiCu-MoNb5-6-4要优秀很多，与20G面对相同的管道压力时，管道壁厚度比为58%，管道总重比为1：3，所以在高压给水管道的选择上，15NiCu-MoNb5-6-4无论是在管道性能上还是在管道材料的经济性上都是极佳的选择[4]。
2. 配合工厂化加工流程
配合工厂化加工是火力发电厂等工艺复杂的大型企业，在建设过程中必须要考虑的问题，因为火力发电厂这样的大型企业建设过程中，对所需要的管道管材和相关的管材加工工艺都是要求很高的，其中的很多设备和管材还需要专门定制，所以在火电厂建设的过程中必须要考虑到工厂的加工流程，并结合工厂加工过程和现场施工的要求对管道的实际安装进行调整。
首先，设计院根据管材供应商所提供的工程管材规范进行管道计算设计，确定最终的管道布置、各个管件及吊架位置，并将完成的设计图提供给配管厂进行设计，设计图到配管厂后，配管厂结合自身的技术条件和管道的安装特点，对管道材料进行分割和焊接设计，将整个管道的基本框架勾画出来，并且在设计图上标识出来的支撑点和吊装点预留相应的支撑、吊装位置，在需要现场焊接的位置预留接口，一系列设计完成之后。
配管厂将相应的设计图纸分别发给业主、设计院、施工单位，由这三方面来进行基于自己理解的审查，在这一过程中业主由于是主要出资人，在对配管厂的配管设计图进行审查时，主要考虑的就是这一配管设计是否符合自身进行管道建设的初衷，是否满足了设备运行对管道的性能需要；设计院作为工程监理部门是政府安全管理的职能部门，在对配管设计图的审查中主要是从工程学的角度，对管道的设计和设计相关的管材是否符合国家安全标准，是否能够保证相关企业的安全生产进行评估；
施工单位因为是整个管道施工过程的承包商，是管道施工的执行者，所以对配管设计图也是有建议权的，其最关注的就是管道的设计会对现场施工造成的影响，配管设计图和施工单位自己的施工设计图有无冲突等等，而业主、设计院和施工单位作为三个行为主体，在整个施工过程中有不同的利益诉求，所以在完成个自对配管设计图的审查后，还是需要坐在一起进行讨论和协商的。直到三方达成妥协形成一个共同的对配管设计图的建议，配管厂根据建议对图纸进行修改并获得三方首肯之后，业主根据最终的配管设计图进行管材订货，由材料供应商将材料发往配管厂进行加工，最终将加工好的成品运到施工现场进行安装。
3.对配管的建议
配管设计安装过程是一种系统化操作过程，其设计和安装的主要依据是设计院提供的图纸资料，为了避免在施工过程中出现因设计图纸与实际安装位置误差过大而导致的施工问题，设计院在进行图纸设计的过程中，要充分考虑施工的地形条件，合理的运用施工地形的优势对施工设计进行优化，由于在管道的定制过程中，管道的上输水以及热控点管座都是在工厂生产过程中整体焊接完成的，所以现场施工过程中管道的基座数量和位置相当重要，尤其是不同压力、温度的测控点，其设置不仅要考虑火力机组正常运行时的需要，还要考虑机组运行的极限状况，尽量避免因为施工疏漏而导致的在现场对管道进行开孔焊接的情况。
4.结论
火力发电厂的建设是关系到国计民生的大事，在建设的过程中要坚持科学性和系统性的指导原则，对四大管道的材料选择和配管工作要坚持一切从实际出发的原则，结合好火力发电项目的安全性和经济性，建设好落实好火力发电项目。
参考资料：
[1]李彦萍.霍州电厂主蒸汽管道应力分析及优化设计[D].华北电力大学，2013.
[2]陈剑鸣.三维汽水管道支吊架CAD软件设计与实现[D].中山大学，2013.
[3]陆建军.110MW循环流化床机组主要系统及设备选型及优化[D].华北电力大学，2011.
[4]罗喜英.基于循环经济的资源损失定量化研究[D].中南大学，2012.
